屈服强度常作为防止因材料过量塑性变形而导致机件失效的设计和选材依据;根据屈服强度与抗拉强度之比的大小, 衡量材料进一步产生塑性变形的倾向, 是作为金属材料冷塑性变形加工和确定机件缓解应力集中防止脆断的参考依据。抗拉强度表示材料在承受拉伸载荷时的实际承载能力, 对于变形要求不高的金属机件, 有时为了减轻自重, 也常用抗拉强度作为设计依据。伸长率是反映材料塑性变形好坏的重要标准。准确的测出材料的拉伸性能参数就显得尤为重要, 但实际操作过程中往往受诸多方面的因素的影响而导致测量数据偏差, 笔者就在测试过程中就最易产生误差的因素——弯曲挠度, 对材料拉伸性能测试的影响做了一个探讨。为了更加详细的测试弯曲挠度对拉伸性能的影响, 笔者选择了两个影响因素, 一个是在试样上选取不同的弯曲部位, 另一个则是对同一部位选择不同的弯曲挠度, 并对两种因素产生的结果做了分析评判, 同时提出了合理化建议。
1 试验仪器及工具
1000kN材料性能试验机、壁厚为11.1mm材质为L450MB的试样15组, 每组为取自钢板相近部位的2块试样 (一块作为试验样一块作为对比样) 、游标卡尺、紧固夹头。
2 试验过程
2.1 试样尺寸
通过火焰切割的方法将试样从钢管上切取下来后, 采用机械加工的方法去除剪切变形和热影响区, 制成缩减段宽度为38mm, 缩减段长度大于120mm的板样。
2.2 试样前处理
将15组试样分别按下表1的方案进行不同部位的弯曲和弯曲挠度不同。
2.3 试验参数
将15组试验样全部按照上述参数制成对应的试验样以后, 分别在每组试样上打上标距, 在1000kN拉伸试验机上进行试验试验时位移速率控制在19mm/min~30mm/min, 设备操作均按照正常操作规程完成。
3 试验结果及处理
3.1 实验现象
(1) 随着夹持段弯曲挠度的增加, 试验机施力到材料开始受力变形的时间增加并且这一规律对缩减端和全长度挠度的增加也同样适用。 (2) 同一弯曲挠度、不同弯曲部位的试样, 夹持段弯曲试样从试验机施力到材料受力变形的时间明显大于缩减端弯曲和全长度弯曲。缩减段弯曲和全长度弯曲的拉伸曲线则没有明显的差异。 (3) 对比样的拉伸曲线图大致相似, 差异较小。
3.2 抗拉强度和屈服强度
对15组试样的试验样和对比样的抗拉强度和屈服强度的测定, 获得的结果如表2:为了显示两种试样的测试结果的差距, 根据表3的不同强度的测试结果, 我们将对比样和试验样不同类型的对应结果数据作差值, 可以得出的数据如表3所示。从对比表中可以得出如下结论: (1) 对同一弯曲部位而言, 不同的弯曲挠度对材料的抗拉强度的测试影响不大, 差值最大也仅有15MPa。 (2) 对同一弯曲挠度不同的弯曲部位而言, 弯曲部位对材料的抗拉强度的测试影响同样也不明显, 对比样与试验样两者的差值时正时负, 把偶然误差考虑在其中, 差值可以忽略不计。 (3) 不同的弯曲挠度和弯曲部位对材料的屈服强度的测试影响较大, 对于同一弯曲部位而言, 随着弯曲挠度的增大, 测试值差距逐渐增大, 最大差距可达到125MPa。 (4) 对同一弯曲挠度而言, 不同的弯曲部位对材料的屈服强度的测试影响不明显, 测试结果较为接近。
3.3 伸长率的测定
通过对以上15组试样的断后标距的测定, 结果如表4所示:从以下数据可以看出 (1) 对比样与试验样的伸长率比较接近; (2) 相同的弯曲部位不同的弯曲挠度对材料的伸长率的测定影响不大; (3) 相同的弯曲挠度不同的弯曲部位对材料伸长率的测定影响也较小。
4 试验结果分析
(1) 屈服强度测试是通过引伸计测定的, 当变形试样在拉伸过程中, 试样经历了由弯曲到伸直, 再到屈服, 最后拉断的过程。由于加装引伸计的缘故, 试样由弯曲到伸直的变形被引伸计记录, 当引伸计记录变形达到0.25mm时, 试验机便把此刻的强度判定为屈服强度, 而真实的屈服强度却还在随后的变形过程中。由于试样由弯曲到伸直所需要的试验力小于试样的屈服变形时所需要的力, 故测得的结果小于材料的屈服强度, 而且试样的弯曲挠度越大, 这种差值也越大。 (2) 抗拉强度测试只需要记录试样所受到的最大拉力和原始横截面积即可, 无需引入变形测量工具。不论试样是否经历由弯曲到伸直的阶段, 试样的原始横截面积和最大拉力不会改变, 测得的结果能真实的反应材料的抗拉性能, 故本次试验对比样和试验样的抗拉强度测试数据较为接近。 (3) 伸长率是一个材料性能测试的宏观参数, 试验时只需要测试原始标距和断后标距即可算出。虽然测量原始标距时试验样并不是伸直状态, 但是在弯曲挠度不是很大的情况下, 与对比样的测试值较为接近。这种差距只是在缩减段弯曲和全长度弯曲才存在, 对于夹持段弯曲试样并不存在。故15组试样的伸长率测试的结果显示为所有的试样的伸长率差距较小。
5 结语
(1) 弯曲挠度对材料的屈服强度的测试影响较为明显, 试样的弯曲挠度越大, 材料的测试值越小。 (2) 弯曲挠度对材料的抗拉强度的测试影响很小, 试验时应保证试样不打滑。 (3) 弯曲挠度对材料的伸长率的测试影响不明显。通过以上试验结果可知:在实际钢管生产检测中, 对于需要测试屈服强度和伸长率的试样 (主要为母材拉伸性能) , 试验前应将试样进行冷校平。
摘要：阐述了在相同试验条件对不同弯曲挠度的试样进行拉伸试验, 通过拉伸曲线及试验结果对比, 找出了不同弯曲绕度及不同弯曲部位对拉伸性能的影响, 并提出了对策。
关键词：弯曲挠度,屈服强度,抗拉强度,伸长率
参考文献
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